Лазер

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Жданович Сергей Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Лазер, содержащий оптически связанные резонаторы для - и -компонент инфракрасного излучения, резонатор для -компоненты излучения выполнен полуконфокальным и содержит последовательно оптически связанные выходное зеркало, светоделительное зеркало, установленное под углом 45 к оптической оси резонатора для -компоненты инфракрасного излучения, пассивный резонатор, образованный двумя глухими зеркалами с коэффициентом отражения 0,99 на длине волны инфракрасного излучения, установленными на оптической оси, перпендикулярной оптической оси резонатора для -компоненты инфракрасного излучения, на равных расстояниях по обе стороны от светоделительного зеркала, полуволновую пластинку, диэлектрический и двухчастотный поляризаторы с установленным между ними активным элементом лазера, глухое зеркало, оптически связанное с двухчастотным поляризатором, резонатор для -компоненты инфракрасного излучения содержит последовательно оптически связанные глухое зеркало, электрооптический 10590 1 2008.04.30 модулятор, эталон Фабри-Перо, указанные диэлектрический и двухчастотный поляризаторы, диафрагму, удвоитель частоты излучения, селективное зеркало, при этом электрооптический модулятор электрически связан с выходом блока управления, вход которого электрически связан через линию задержки с выходом средства регистрации инфракрасного излучения, вход которого оптически связан со стеклянной пластинкой, оптически связанной с выходным зеркалом резонатора для -компоненты инфракрасного излучения, отличающийся тем, что резонатор для -компоненты инфракрасного излучения включает дополнительное плечо, содержащее последовательно оптически связанные глухой отражатель на длину волны второй гармоники, четвертьволновую фазовую пластинку и дихроичное зеркало, расположенное на поверхности двухчастотного поляризатора со стороны селективного зеркала. Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в различных технологических системах лазерной обработки материалов, системах неразрушающего контроля, двухволновых лазерных диагностических системах, оптоэлектронике и других областях, где необходимы импульсные твердотельные лазеры, обеспечивающие получение инфракрасного излучения и излучения видимого диапазона на длине волны второй гармоники. Известно устройство - лазер 1 для получения инфракрасного излучения и излучения на длине волны второй гармоники, содержащее оптический резонатор, активный элемент лазера, удвоитель частоты излучения, фазоанизотропный элемент. В нем не обеспечены условия для независимого управления параметрами излучения второй гармоники. Наиболее близким по технической сущности является лазер 2, содержащий оптически связанные резонаторы для - и -компонент инфракрасного излучения, резонатор для-компоненты излучения выполнен полуконфокальным и содержит последовательно оптически связанные выходное зеркало, светоделительное зеркало, установленное под углом 45 к оптической оси резонатора для -компоненты инфракрасного излучения, пассивный резонатор, образованный двумя глухими зеркалами с коэффициентом отражения 0,99 на длине волны инфракрасного излучения, установленными на оптической оси перпендикулярной оптической оси резонатора для -компоненты инфракрасного излучения на равных расстояниях по обе стороны от светоделительного зеркала, полуволновую пластинку, диэлектрический и двухчастотный поляризаторы с установленным между ними активным элементом лазера, глухое зеркало, оптически связанное с двухчастотным поляризатором,резонатор для -компоненты инфракрасного излучения содержит последовательно оптически связанные глухое зеркало, электрооптический модулятор, эталон Фабри-Перо, указанные диэлектрический и двухчастотный поляризаторы, диафрагму, удвоитель частоты излучения, селективное зеркало, при этом электрооптический модулятор электрически связан с выходом блока управления, вход которого электрически связан через линию задержки с выходом средства регистрации инфракрасного излучения, вход которого оптически связан со стеклянной пластинкой, оптически связанной с выходным зеркалом резонатора для -компоненты инфракрасного излучения. Данный лазер обладает ограниченной областью применения из-за низкой энергии излучения второй гармоники. Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей лазера за счет повышения энергии излучения второй гармоники. Поставленная техническая задача решается тем, что в лазер, содержащий оптически связанные резонаторы для - и -компонент инфракрасного излучения, резонатор для-компоненты излучения выполнен полуконфокальным и содержит последовательно оптически связанные выходное зеркало, светоделительное зеркало, установленное под углом 45 к оптической оси резонатора для -компоненты инфракрасного излучения, пассивный 2 10590 1 2008.04.30 резонатор, образованный двумя глухими зеркалами с коэффициентом отражения 0,99 на длине волны инфракрасного излучения, установленными на оптической оси перпендикулярной оптической оси резонатора для -компоненты инфракрасного излучения на равных расстояниях по обе стороны от светоделительного зеркала, полуволновую пластинку, диэлектрический и двухчастотный поляризаторы с установленным между ними активным элементом лазера, глухое зеркало, оптически связанное с двухчастотным поляризатором,резонатор для -компоненты инфракрасного излучения содержит последовательно оптически связанные глухое зеркало, электрооптический модулятор, эталон Фабри-Перо, указанные диэлектрический и двухчастотный поляризаторы, диафрагму, удвоитель частоты излучения, селективное зеркало, при этом электрооптический модулятор электрически связан с выходом блока управления, вход которого электрически связан через линию задержки с выходом средства регистрации инфракрасного излучения, вход которого оптически связан со стеклянной пластинкой, оптически связанной с выходным зеркалом резонатора для -компоненты инфракрасного излучения, при этом резонатор для -компоненты инфракрасного излучения включает дополнительное плечо, содержащее последовательно оптически связанные глухой отражатель на длину волны второй гармоники, четвертьволновую фазовую пластинку и дихроичное зеркало, расположенное на поверхности двухчастотного поляризатора со стороны селективного зеркала. Совокупность указанных признаков позволяет обеспечить увеличение энергии излучения второй гармоники за счет изменения поляризации излучения при прохождении дополнительного плеча резонатора для -компоненты инфракрасного излучения. Сущность изобретения поясняется на фигуре, где 1 - резонатор для -компоненты инфракрасного излучения 2 - резонатор для -компоненты инфракрасного излучения 3, 13, 16, 17 - глухие зеркала 4 - селективное зеркало 5 - электрооптический модулятор 6 - эталон Фабри-Перо 7 - диэлектрический поляризатор 8 - двухчастотный поляризатор 9 - дихроичное зеркало 10 - активный элемент лазера 11 - диафрагма 12 - удвоитель частоты излучения 14 - выходное зеркало 15 - пассивный резонатор 18 - светоделительное зеркало 19 - полуволновая пластинка 20 - средство регистрации инфракрасного излучения 21 - линия задержки 22 - блок управления 23 - дополнительное плечо 24 - четвертьволновая фазовая пластинка 25 - глухой отражатель на длину волны второй гармоники 26 - стеклянная пластинка 27 - выход инфракрасного излучения 28 - выход излучения второй гармоники. Лазер содержит резонаторы 1, 2 соответственно для - и -компонент инфракрасного излучения, причем резонатор для -компоненты инфракрасного излучения, образованный глухим 3 и селективным 4 зеркалами, содержит электрооптический модулятор 5, эталон Фабри-Перо 6, диэлектрический поляризатор 7 и двухчастотный поляризатор 8 с дихро 3 10590 1 2008.04.30 ичным зеркалом 9 и установленным между ними активным элементом 10 лазера, диафрагму 11 и удвоитель частоты излучения 12, а резонатор для -компоненты инфракрасного излучения, образованный глухим 13 и выходным 14 зеркалами, содержит пассивный резонатор 15 с глухими зеркалами 16, 17, светоделительное зеркало 18, полуволновую пластинку 19, указанные диэлектрический 7 и двухчастотный 8 поляризаторы, а также средство регистрации инфракрасного излучения 20, оптически связанное с помощью стеклянной пластинки 26 с выходным зеркалом 14 резонатора 2 для -компоненты инфракрасного излучения и электрически - с линией задержки 21 и блоком управления 22 электрооптического модулятора 5. Резонатор для -компоненты инфракрасного излучения содержит также дополнительное плечо 23, в котором последовательно размещены глухой отражатель 25 на длину волны второй гармоники, четвертьволновую фазовую пластинку 24 и дихроичное зеркало 9, расположенное на поверхности двухчастотного поляризатора 8 со стороны селективного зеркала 4. Активным элементом 10 служит кристалл иттрий-алюминиевого граната с неодимом(ИАГ) размерами 565 мм. Электрооптический модулятор 5 типа МЗ-204 выполнен из одноосного анизотропного кристалла ДКДП. Блоком управления 22 служит стандартный блок МГИН-5. Удвоителем частоты излучения 12 является элемент 7 Ф 4-03 из кристалла 3. Глухие зеркала 3, 13, 16, 17 имеют коэффициент отражения на длине волны 1,064 мкм равный 0,99. Селективное зеркало 4 имеет коэффициент отражения на длине волны 1,064 мкм 0,99 и на длине волны второй гармоники 0,532 мкм 0,005. Это обеспечивает пропускание излучения второй гармоники из резонатора 1 для -компоненты инфракрасного излучения к выходу 28. Глухой отражатель 25 имеет коэффициент отражения равный 0,99 на длине волны второй гармоники. Дихроичное зеркало 9 имеет коэффициент отражения 0,99 для излучения второй гармоники, имеющего произвольную поляризацию и коэффициент пропускания 0,95-0,98 для- поляризованного инфракрасного излучения. Лазер работает следующим образом. В исходном состоянии на электрооптический модулятор 5 от блока управления 22 подано постоянное напряжение смещения, равное четвертьволновому (/44 кВ). При включении накачки излучение активного элемента 10 падает на диэлектрический поляризатор 7, а также двухчастотный поляризатор 8. компонента инфракрасного излучения отражается в направлении глухого зеркала 13 и выходного зеркала 14, а -компонента инфракрасного излучения пропускается в резонатор 1. В резонаторе 1 для -компоненты инфракрасного излучения после отражения от глухого зеркала 3 и двукратного прохода электрооптического модулятора 5 плоскость поляризации инфракрасного излучения поворачивается на 90. Излучение с измененной поляризацией отражается диэлектрическим поляризатором 7 в направлении, отличном от оптической оси резонатора 1 для -компоненты инфракрасного излучения. Это делает невозможным на данном этапе развитие генерации в резонаторе 1 для -компоненты инфракрасного излучения. Поэтому при наличии четвертьволнового напряжения смещения на электрооптическом модуляторе 5 излучение в резонаторе 1 для -компоненты инфракрасного излучения отсутствует. В то же время в резонаторе 2, при достижении коэффициентом усиления ус активной среды порога генерации, начинает развиваться генерация на -компоненте инфракрасного излучения. Это излучение попадает в пассивный резонатор 15 с глухими зеркалами 16-17. В пассивном резонаторе 15 излучение меняет свою пространственную структуру. Далее происходит реинжектирование излучения из пассивного резонатора 15 в резонатор для-компоненты излучения 2 и активный элемент 10 лазера. В этом процессе пространственные моды фильтруются и смешиваются с пространственными модами, дающими вклад в пространственные и временные неоднородности лазерного пучка. Поперечная структура пучка на выходе 27 лазера становится однородной. 10590 1 2008.04.30 Спустя время лз, задаваемое линией задержки 21, происходит сброс напряжения с электрооптического модулятора 5. Тем самым генерация переключается в резонатор 1 для-компоненты инфракрасного излучения. В результате кратковременного (десятки наносекунд) включения резонатора 1 для -компоненты инфракрасного излучения высвечивается моноимпульс инфракрасного излучения высокой пиковой мощности. Его энергия зависит от разности потерь резонаторов 1 и 2 соответственно для - и -компонент излучения. Моноимпульс излучения с поляризацией, соответствующей -компоненте инфракрасного излучения, проходит двухчастотный поляризатор 8 и удвоитель частоты излучения 12. Полученное излучение на длине волны второй гармоники пропускается селективным зеркалом 4 к выходу 28. Моноимпульс инфракрасного излучения после отражения от селективного зеркала 4 повторно проходит удвоитель частоты излучения 12. Полученное излучение на длине волны второй гармоники отражается дихроичным зеркалом 9 в дополнительное плечо 23. В результате отражения от глухого отражателя на длину волны второй гармоники 25 и двукратного прохода четвертьволновой фазовой пластинки 24 оно изменяет ориентацию вектора поляризации на 90. Дихроичным зеркалом 9 это излучение отражается в резонатор 1 для -компоненты инфракрасного излучения и пропускается селективным зеркалом 4 к выходу 28 лазера. На выходе 28 излучение второй гармоники, полученное при прямом и обратном проходе удвоителя частоты излучения 12, суммируется в одном пучке. При этом пучки, вышедшие через селективное зеркало 4 и отраженные глухим отражателем 25 не интерферируют, так как они имеют разные поляризации. Это устраняет нестабильность и потери мощности излучения второй гармоники на выходе 28. Происходит увеличение энергии излучения второй гармоники в одном пучке. После генерации моноимпульса излучения в резонаторе 1 для -компоненты инфракрасного излучения на электрооптическом модуляторе 5 вновь восстанавливается исходное постоянное напряжение смещения /4. Это приводит к устранению обратной связи в резонаторе 1 для -компоненты инфракрасного излучения. Он закрыт. При продолжающейся накачке активного элемента 10 и выполнении пороговых условий в резонаторе 2 для -компоненты инфракрасного излучения в нем вновь появляется генерация. Инфракрасное излучение попадает в пассивный резонатор 15. Процесс создания однородной пространственно-временной структуры поля инфракрасного излучения повторяется. На выходе 27 лазера имеем инфракрасное излучение с улучшенной структурой. Таким образом лазер является эффективным источником излучения в видимой области спектра на длине волны второй гармоники (20,532 мкм) и источником излучения в инфракрасной области спектра (11,064 мкм). Энергия излучения второй гармоники в выходном пучке возрастает более чем в 1,5 раза. Это повышает функциональные возможности лазера и делает эффективным его применение в различных лазерных технологических системах, при неразрушающем контроле и технической диагностике, в областях, где используются лазерные методы контроля параметров технических объектов. Источники информации 1. Карле Р.А., Петровский В.Н., Проценко Е.Д. 3 лазер при ВРГВГ в режиме управления частотами излучения // Физическая мысль России, 2002,1, - С. 43-50. 2. Патент РБ 8568, МПК 703 1/18, 2006. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5